新材料与工艺手册

[底盘系统轻量化] 汽车轮毂结构优化分析

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发表于 2019-12-26 08:59:51 | 显示全部楼层 |阅读模式

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【汽车轻量化在线】摘 要:基于ANSYS对汽车轮毂进行了静态受力分析和疲劳分析,将轮毂分解成扇形模型,在轮毂承受载荷为146Mpa时,得出轮毂轮缘附近的最大应变和应力;在进行疲劳分析时,对轮毂施加175N·m的扭矩,循环周数取108次,得出轮毂轮心附近的最大应变和应力,通过静态受力分析和疲劳分析提出了在本文所定义的材料属性条件下,设计轮毂应注意轮缘的强度问题和轮心附近的圆角大小问题,使轮毂的设计更加合理、安全可靠、轻量化,对汽车行驶过程中的安全性和可操纵性有着重要的意义。
关键词:静态受力分析;疲劳分析;轻量化

引言:汽车轮毂作为汽车行驶系统中重要组成部分,除满足相应的性能外还要求做到尽可能的轻,静态受力分析和疲劳分析解决了汽车轮毂设计在满足安全性、可靠性的条件下,如何使轮毂更加轻量化的问题。把汽车在行驶时受到路面的垂直反作用力简化成轮毂在静止状态时受到的径向力,进行静态分析;把汽车行驶时地面给轮毂的切向反作用力等效成轮毂所受的扭矩,设定108的循环次数进行疲劳分析。

一、静态受力分析

轮毂的设计采用铝合金材料,材料属性如表1

表1

通过solidworks精确建模,将轮毂简化成扇形模型,进行静态受力分析。采用ANSYS默认网格形状划分,设定网格尺寸为 10mm。划分后节点数118909,单元数66482。

图1

图2

在ANSYS静力学分析中,固定轴承空面,对汽车轮毂施加径向受力载荷146Mpa如图1,轮毂受到的最大应力为2.2x104 Mpa,最小应力为0.397Mpa;应变云图如图2,轮毂最大应变为0.245m,最小应变为0,最大应变位于轮缘位置,此处最容易发生轮毂失效。

二、疲劳分析:

对轮毂进行网格划分,网格大小为2cm。划分后节点数343628,单元数 200605。

图3

图4

汽车在沥青路面行驶时,与地面的滚动摩擦系数为0.25,假设汽车重2000Kg,由公式f=λG,计算得f=500N,车轮直径d=0.7m,M=175N·m.对轮毂施加 175N·m 的扭矩,如图 3,轮毂最大应力1.2Mpa,最小应力1.8x10-6pa,最大应变5.6x10-7m,最小应变0,如图4。

疲劳寿命最大108,最小0;疲劳损伤最大1032,最小10。

三、结论:

1)轮毂在受径向力时轮毂边缘的应力和应变最大,汽车在行驶过程中此处最容易损坏,在设计过程中要重点考虑轮缘强度问题,在制造时避免此处出现非晶体缺陷。

2)汽车在行驶过程中,轮形与车轴结合的部位最容易产生累计损伤,轮毂设计制造时应避免此处出现表面缺陷和损伤,边缘处应使用圆角,金属表面是疲劳裂纹源易于产生的地方,因此需要对此处进行表面强化处理。

3)轮毂的轻量化设计应重点考虑轮辐的设计,主要包括轮辐的结构和形状。


参考文献:

[1] 韦洲,张晓光,徐洪琛.基于有限元的铝合金汽车轮毂弯曲疲劳分析.辽宁工业大学:机械工程与自动化学院.2018

[2] 闫胜昝,刘伟鹏.基于有限元分析的铝合金轮毂造型设计.安庆师范学院:计算机与信息学院;万丰奥威汽轮股份有限公司:技术中心.2014

[3] 张总.铝合金轮毂的结构优化及试验分析.长沙航空职业技术学院.2013

[4] 敦勃文,张响,韩沧,刘伟鹏,张三川.铝合金轮毂冲击试验瞬态有限元分析.郑州大学力学与工程科学学院,浙江万丰奥威汽轮股份有限公司,郑州大学机械工程学院.2018

[5] 李晓敏.我国汽车铝合金轮毂发展现状及建议.洛阳有色金属加工设计研究院.2011

[6] 李飞,张盛,彭海军,陈飙松.考虑局部非线性结构振动的模型预测控制.大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室:工程力学系.2018.

[7] 李奇宏,刘文胜,马运柱,杨肃,杨力.基于Workbench的机轮轮毂静力强度分析方法探究.中南大学粉末冶金国家重点实验室.2018


来源:期刊-《新一代》;作者:马怀财,山东科技大学 交通学院


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